vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-1-124-132vuzbiochemi-966Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYСтруктура и сорбционная активность коры лиственницы после обработки зелеными реагентамиStructure and sorption activity of larch bark treated with green reagentshttps://orcid.org/0000-0002-1815-8450ЦыгановаС. И.TsyganovaS. I.

Цыганова Светлана Ивановна – кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН.

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/24

Svetlana I. Tsyganova - Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor, Senior Researcher, Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRC KSC SB RAS.

50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

light@icct.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5309-849XЛевданскийА. В.LevdanskyA. V.

Левданский Александр Владимирович - кандидат химических наук, научный сотрудник, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/24

Alexander V. Levdansky - Cand. Sci. (Chemistry), Researcher, Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRC KSC SB RAS.

50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

alexsander.l@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1574-8700СкрипниковА. М.SkripnikovA. M.

Скрипников Андрей Михайлович - младший научный сотрудник, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН.

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/24

Andrey M. Skripnikov - Junior Researcher, Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRC KSC SB RAS.

50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

skripnikov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9452-5902ТаранО. П.TaranO. P.

Таран Оксана Павловна – доктор химических наук, профессор, директор, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН.

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50/24

Oxana P. Taran - Dr. Sci.(Chemistry), Professor, Director, Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRC KSC SB RAS.

50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

taran.op@icct.krasn.ruИнститут химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАНРоссияInstitute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, FRC KSC SB RASRussian Federation202305042023131124132Copyright © Цыганова С.И., Левданский А.В., Скрипников А.М., Таран О.П., 20232023Цыганова С.И., Левданский А.В., Скрипников А.М., Таран О.П.Tsyganova S.I., Levdansky A.V., Skripnikov A.M., Taran O.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/966

В статье рассматривается структура и сорбционная активность коры лиственницы после обработки зелеными реагентами. Целью данного исследования является получение сорбентов из коры лиственницы путем обработки химическими методами. Проведено сравнение влияния нетоксичных и малотоксичных экстрагентов и реагентов, таких как вода, гексан, этанол и пероксид водорода, на структуру, сорбционные свойства обработанной коры, а также на состав выделяемых экстрактивных веществ. Установлено, что в процессе экстракции коры происходит трансформация основных ее компонентов, что приводит к формированию упорядоченных структур дальнего порядка. Наибольшие структурные изменения наблюдаются для коры, обработанной последовательно этанолом и пероксидом водорода, в основном за счет разложения гемицеллюлоз. Выявлено, что обработка коры таким способом способствует формированию мезопористой структуры. Сорбционная активность обработанной коры по метиленовому синему повышается в 6,5 раз по сравнению с сорбционной активностью исходной коры. Исследования экстрактивных веществ методами ИК-спектроскопии и ГХ-МС показали близкий состав экстрактов коры лиственницы, полученных при водной и этанольной обработках, которые содержат в основном фенольные и спиртовые соединения. Этанол-пероксидный раствор помимо них содержит сложные эфиры и производные карбоновых кислот. Выявлено, что гексановый экстракт коры лиственницы имеет в своем составе в основном терпены и их производные, которые широко применяются в качестве ценных компонентов в медицине и имеют большой потенциал как источник биосырья для зеленых полимеров.

The paper describes the structure and sorption activity of larch bark following treatment with green reagents. The aim was to obtain sorbents from larch bark by means of chemical treatment. The study compared the effect of non-toxic and low-toxic extraction agents and reagents, such as water, hexane, ethanol and hydrogen peroxide, on the structure, sorption properties of the treated bark, as well as on the composition of the extracted substances. It was established that the process of bark extraction involves the transformation of its main components, leading to the formation of long-range ordered structures. The greatest structural changes were observed for the bark treated consecutively with ethanol and hydrogen peroxide, mainly due to the decomposition of hemicelluloses. Such treatment of the bark was revealed to contribute to the formation of a mesoporous structure. The methylene blue sorption of the treated bark is 6.5 times higher than that of the original bark. Studies of extracted substances using IR spectroscopy and GC-MS showed a similar composition of larch bark extracts obtained by aqueous and ethanol treatment, which contain mainly phenolic and alcohol compounds. In addition, the ethanol-peroxide solution contains esters and carboxylic acid derivatives. The hexane extract of larch bark was found to contain mainly terpenes and their derivatives, which are widely used as valuable components in medicine and have great potential as a source of biomaterials for green polymers.

кора лиственницыэкстракцияструктурасоставсорбционная активностьlarch barkextractionstructurecompositionsorption activityАвторы выражают благодарность д.х.н. Кузнецову Б.Н. за полезное обсуждение полученных результатов, а также к.х.н. Бондаренко Г.Н., к.х.н. Мазуровой Е.В. и к.х.н. Елсуфьеву Е.В. за помощь в проведении физико-химических исследований образцов. Авторы благодарят за предоставление научного оборудования Красноярский региональный центр коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края и краевого фонда науки (грант № 20-43-242904) в рамках государственного задания Института химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН (проект 02872021-0017).The authors would like to thank Dr. Sci. B.N. Kuznetsov for useful discussion of the results, as well as Cand. Sci. G.N. Bondarenko, Cand. Sci. E.V. Mazurova and Cand. Sci. E.V. Elsufiev for their help in carrying out physicochemical studies of the samples. The authors express their gratitude for the provision of scientific equipment to the Krasnoyarsk Regional Center for Collective Use of the FRC KSC SB RAS. This work was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research, the Government of the Krasnoyarsk Territory, and the Regional Science Fund (grant no. 20-43-242904) within the framework of the State Assignment of the Institute of Chemical Technology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, FRC KSC SB RAS (project 0287-2021-0017).ReferencesPasztory Z., Mohacsine I.R., Gorbacheva G., Borcsok Z. The utilization of tree bark // Bioresources. 2016. Vol. 11, no. 3. P. 7859-7888. https://doi.org/10.15376/biores.11.3.Pasztory.Pasztory Z., Mohacsine I.R., Gorbacheva G., Borcsok Z. The utilization of tree bark. Bioresources. 2016;11(3):7859-7888. https://doi.org/10.15376/biores.11.3.Pasztory.Svoykin F., Birman A., Bacherikov I., Mater O., Bozhbov V. Perspectives of bark dump recycling at wood processing enterprises // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 817. P. 012033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/817/1/012033.Svoykin F., Birman A., Bacherikov I., Mater O., Bozhbov V. Perspectives of bark dump recycling at wood processing enterprises. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;817:012033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/817/1/012033.Rhazi N., Hannache H., Sesbou A., Charrier B., Pizzi A., Charrier F., et al. Green extraction process of tannins obtained from Moroccan Acacia mollissima barks by microwave: modeling and optimization of the process using the response surface methodology RSM // Arabian Journal of Chemistry. 2019. Vol. 12, no. 8. P. 26682684. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.04.032.Rhazi N., Hannache H., Sesbou A., Charrier B., Pizzi A., Charrier F., et al. Green extraction process of tannins obtained from Moroccan Acacia mollissima barks by microwave: modeling and optimization of the process using the response surface methodology RSM. Arabian Journal of Chemistry. 2019;12(8):2668-2684. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.04.032.Veprikova E.V., Kuznetsova S.A., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Obtaining of organomineral fertilizers on the basis of wood bark (review) // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2016. Vol. 4, no. 9. P. 414-429. https://doi.org/10.17516/1998-2836-2016-9-4-414-429.Veprikova E.V., Kuznetsova S.A., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Obtaining of organomineral fertilizers on the basis of wood bark (review). Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2016;4(9):414-429. https://doi.org/10.17516/1998-2836-2016-9-4-414-429.Kain G., Lienbacher B., Barbu M.-C., Richter K., Petutschnigg A. Larch (Larix decidua) bark insulation board: interactions of particle orientation, physical-mechanical and thermal properties // European Journal of Wood and Wood Products. 2018. Vol. 76. P. 489-498. https://doi.org/10.1007/s00107-017-1271-y.Kain G., Lienbacher B., Barbu M.-C., Richter K., Petutschnigg A. Larch (Larix decidua) bark insulation board: interactions of particle orientation, physical-mechanical and thermal properties. European Journal of Wood and Wood Products. 2018;76:489-498. https://doi.org/10.1007/s00107-017-1271-y.Tudor E.M., Barbu M.C., Petutschnigg A., Reh R., Krist'ak L. Analysis of larch-bark capacity for formaldehyde removal in wood adhesives // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17, no. 3. P. 764. https://doi.org/10.3390/ijerph17030764.Tudor E.M., Barbu M.C., Petutschnigg A., Reh R., Krist'ak L. Analysis of larch-bark capacity for formaldehyde removal in wood adhesives. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020;17(3):764. https://doi.org/10.3390/ijerph17030764.Ravber M., Knez Z., Skerget M. Isolation of phenolic compounds from larch wood waste using pressurized hot water: extraction, analysis and economic evaluation // Cellulose. 2015. Vol. 22, no. 5. P. 3359-3375. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0719-7.Ravber M., Knez Z., Skerget M. Isolation of phenolic compounds from larch wood waste using pressurized hot water: extraction, analysis and economic evaluation. Cellulose. 2015;22(5):3359-3375. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0719-7.Faggian M., Bernabe G., Ferrari S., Frances-cato S., Baratto G., Castagliuolo I., et al. Polyphenol-rich Larix decidua bark extract with antimicrobial activity against respiratory-tract pathogens: a novel bioactive ingredient with potential pharmaceutical and nutraceutical applications // Antibiotics. 2021. Vol. 10, no. 7. P. 789. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070789.Faggian M., Bernabe G., Ferrari S., Francescato S., Baratto G., Castagliuolo I., et al. Polyphenol-rich Larix decidua bark extract with antimicrobial activity against respiratory-tract pathogens: a novel bioactive ingredient with potential pharmaceutical and nutraceutical applications. Antibiotics. 2021;10(7):789. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070789.Bianchi S., Kroslakova I., Janzon R., Mayer I., Saake B., Pichelin F. Characterization of condensed tannins and carbohydrates in hot water bark extracts of European softwood species // Phytochemistry. 2015. Vol. 120. P. 53-61. https://doi.org/10.1016/j.phyto-chem.2015.10.006.Bianchi S., Kroslakova I., Janzon R., Mayer I., Saake B., Pichelin F. Characterization of condensed tannins and carbohydrates in hot water bark extracts of European softwood species. Phytochemistry. 2015;120:53-61. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2015.10.006.Matsumae T., Horito M., Kurushima N., Yazaki Y. Development of bark-based adhesives for plywood: utilization of flavonoid compounds from bark and wood // Journal of Wood Science. 2019. Vol. 65. Article number: 9. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1780-x.Matsumae T., Horito M., Kurushima N., Yazaki Y. Development of bark-based adhesives for plywood: utilization of flavonoid compounds from bark and wood. Journal of Wood Science. 2019;65. Article number: 9. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1780-x.Ighalo J.O., Adeniyi A.G. Adsorption of pollutants by plant bark derived adsorbents: an empirical review // Journal of Water Process Engineering. 2020. Vol. 35, no. 3. P. 101228. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101228.Ighalo J.O., Adeniyi A.G. Adsorption of pollutants by plant bark derived adsorbents: an empirical review. Journal of Water Process Engineering. 2020;35(3):101228. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101228.Цыганова С.И., Веприкова Е.В., Левданский А.В., Мазурова Е.В., Таран О.П. Влияние экстракции на структуру и сорбционную активность коры лиственницы // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2021. N 23. С. 6-18. https://doi.org/10.17223/24135542/23/1.Tsyganova S.I., Veprikova E.V., Levdansky A.V., Mazurova E.V., Taran O.P. Effect of extraction on the structure and sorption activity of larch bark. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Himija = Tomsk State University Journal of Chemistry. 2021;(23):6-18. (In Russian). https://doi.org/10.17223/24135542/23/1.Сафина А.В., Тимербаев Н.Ф., Зиатдинова Д.Ф., Арсланова Г.Р. Экстракция ценных компонентов из лесосечных отходов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2018. N 1. С. 109-119. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.1.109.Safina A.V., Timerbaev N.F., Ziatdinova D.F., Arslanova G.R. Extraction of valuable components from logging residues. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Lesnoy zhurnal = Bulletin of Higher Educational Institutions. Russian Forestry Journal. 2018;(1):109-119. (In Russian). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.1.109.Акопян В.Б., Давидов Е.Р., Овешников И.Н., Пашинин А.Е., Рухман А.А., Ступин А.Ю. Экстракция смолы из сосновых опилок // Биотехнология. 2010. N 2. С. 65-69.Akopjan V.B., Davidov E.R., Oveshnikov I.N., Pashinin A.E., Ruhman A.A., Stupin A.Ju. Extraction of resin from pine saws. Biotehnologiya = Biotechnology. 2010;(2):65-69. (In Russian).Schwanninger M., Hinterstoisser B. Comparison of the classical wood extraction method using a Soxhlet apparatus with an advanced extraction method // European Journal of Wood and Wood Products. 2002. Vol. 60, no. 5. P. 343-346. https://doi.org/10.1007/s00107-002-0312-2.Schwanninger M., Hinterstoisser B. Comparison of the classical wood extraction method using a Soxhlet apparatus with an advanced extraction method. European Journal of Wood and Wood Products. 2002;60(5):343-346. https://doi.org/10.1007/s00107-002-0312-2.Sluiter A., Hames B., Ruiz R., Scarlata C., Sluiter J., Templeton D., Crocker D. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory Analytical Procedure (LAP), 2012. 15 р.Sluiter A., Hames B., Ruiz R., Scarlata C., Sluiter J., Templeton D., Crocker D. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory Analytical Procedure (LAP); 2012. 15 р.Ahvenainen P., Kontro I., Svedstrom K. Comparison of sample crystallinity determination methods by X-ray diffraction for challenging cellulose I materials // Cellulose. 2016. Vol. 23, no. 2. P. 1073-1086. https://doi.org/10.1007/s10570-016-0881-6.Ahvenainen P., Kontro I., Svedstrom K. Comparison of sample crystallinity determination methods by X-ray diffraction for challenging cellulose I materials. Cellulose. 2016;23(2):1073-1086. https://doi.org/10.1007/s10570-016-0881-6.Алешина Л.А., Власова Е.Н., Грунин Л.Ю., Грунин Ю.Б., Гуртов В.А., Коновалова К.А. [и др.]. Структура и физико-химические свойства целлюлоз и нанокомпозитов на их основе: монография. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. 240 с.Aleshina L.A., Vlasova E.N., Grunin L.Ju., Grunin Ju.B., Gurtov V.A., Konovalova K.A., et al. Structure and physicochemical properties of celluloses and nanocomposites based on them: monograph. Petrozavodsk: Izd-vo PetrGU; 2014. 240 p. (In Russian).Wu Y., Wu J., Yang F., Tang C., Huang Q. Effect of H2O2 bleaching treatment on the properties of finished transparent wood // Polymers. 2019. Vol. 11, no. 5. P. 776. https://doi.org/10.3390/polym11050776.Wu Y., Wu J., Yang F., Tang C., Huang Q. Effect of H2O2 bleaching treatment on the properties of finished transparent wood. Polymers. 2019;11(5):776. https://doi.org/10.3390/polym11050776.Wang L., Ouyang T., Dai X., Lu X., Liang H., Deng R., et al. Preparation of transparent cellulose membrane by hydrogen peroxide bleaching of cellulose-rich materials // Forest Engineering. 2018. Vol. 34, no. 1. P. 41-45.Wang L., Ouyang T., Dai X., Lu X., Liang H., Deng R., et al. Preparation of transparent cellulose membrane by hydrogen peroxide bleaching of cellulose-rich materials. Forest Engineering. 2018;34(1):41-45.Hubbe M.A., Rojas O.J., Lucia L.A., Sain M. Cellulosic nanocomposites: a review // BioResources. 2008. Vol. 3, no. 3. P. 929-980.Hubbe M.A., Rojas O.J., Lucia L.A., Sain M. Cellulosic nanocomposites: a review. BioResources. 2008;3(3):929-980.Das A.K., Islam Md.N., Faruk Md.O., Ashaduzzaman Md., Dungani R. Review on tannins: extraction processes, applications and possibilities // South African Journal of Botany. 2020. Vol. 135. P. 58-70. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.08.008.Das A.K., Islam Md.N., Faruk Md.O., Ashaduz-zaman Md., Dungani R. Review on tannins: extraction processes, applications and possibilities. South African Journal of Botany. 2020;135:58-70. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.08.008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.